Что означает пиксель. Что такое пиксель, его размеры и свойства

Непрерывное развитие технологии цифровых камер может смущать умы, поскольку постоянно вводятся новые термины. Эта глава призвана прояснить некоторые моменты касательно цифровых пикселей - в частности, для тех, кто ещё только задумывается или только что купил свою первую цифровую камеру. Здесь рассматриваются такие концепции, как размер сенсора, мегапиксели, дизеринг (цветозамес) и печатный размер.

Пиксель: фундаментальная единица всех цифровых изображений

Любое цифровое изображение состоит из фундаментальных единиц: пикселей. Термин «пиксель» (PIXEL ) произошёл от сочетания двух английских слов: «изображение» (PIC ture) и «элемент» (EL ement). В русском языке существовало аналогичное слияние («элиз»), но оно оказалось неудачным и не прижилось. Так же, как работы пуантилиста состоят из серии нарисованных пятен, так и миллионы пикселей могут быть объединены в подробное и кажущееся сплошным изображение.

Каждый пиксель содержит серию чисел, которые описывают его цвет или интенсивность. Точность, с которой пиксель может описать цвет, называется его разрядностью или глубиной цветности . Чем больше пикселей содержит ваше изображение, тем больше деталей оно способно передать. Заметьте, что я написал «способно», поскольку простое наличие большого числа пикселей ещё не означает полного их использования. Эта концепция важна и будет далее раскрыта более подробно.

Печатный размер: пиксели на дюйм (PPI) и точки на дюйм (DPI)

Поскольку пиксель является всего лишь логической единицей информации, он бесполезен для описания печатных оттисков - если не указать при этом их размер. Термины «пиксели на дюйм » (PPI) и «точки на дюйм » (DPI) появились, чтобы соотнести теоретическую единицу с визуальным разрешением материального мира. Эти термины зачастую ошибочно взаимозаменяют (в частности, для струйных принтеров), - дезориентируя пользователя относительно максимального печатного разрешения устройства.

«Пиксели на дюйм» является более чётким из двух терминов. Он означает количество пикселей на 1 дюйм изображения по горизонтали и вертикали. «Точки на дюйм» на первый взгляд выглядят обманчиво просто. Сложность в том, что устройству может понадобиться сделать несколько точек, чтобы создать один пиксель; тем самым указанное количество точек на дюйм не всегда означает аналогичное разрешение. Использование множества точек для создания одного пикселя означает процесс, называемый «дизерингом».

Устройство с ограниченным набором цветных чернил может обмануть глаз, собирая их в миниатюрные сочетания, создавая таким образом восприятие разных цветов, - если «суб-пиксель» достаточно мал. Вышеприведенный пример использует 128 цветов, тогда как вариант с цветозамесом создаёт практически идентично выглядящую картину, задействовав всего 24 цвета. Есть одна критическая разница: каждая цветная точка в изображении с замешиванием цвета обязана быть намного меньше отдельно взятого пикселя. Как следствие, изображения практически всегда требуют существенно больше DPI, чем PPI, чтобы достичь подобного уровня детализации . Кроме того, PPI намного более универсально, поскольку не требует знания устройства для понимания того, насколько детальным будет отпечаток.

Стандарт, принятый в фотолабораториях для отпечатков, равен 300 PPI, однако струйные принтеры для получения фотографического качества требуют в несколько раз больше DPI (в зависимости от числа чернил). Кроме того, это зависит от применения; журнальные и газетные отпечатки могут использовать намного меньшее качество. Чем больше вы пытаетесь увеличить отдельно взятое изображение, тем меньшим станет его PPI (для одинакового количества пикселей).

Мегапиксели и максимальный печатный размер

«Мегапиксель» означает просто миллион пикселей. Если вам нужна определённая детальность и соответствующее разрешение (PPI), она непосредственно влияет на предельный печатный размер для заданного числа мегапикселей. Следующая таблица приводит максимальные печатные размеры в разрешениях 200 и 300 PPI для некоторых наиболее распространённых в камерах чисел мегапикселей.

Заметьте, что 2Мп камера неспособна даже обеспечить стандартный отпечаток 10x15 см в разрешении 300 PPI, а для 40x25 потребуется целых 16 Мп. Это может обескуражить, но не отчаивайтесь! Многим будет вполне достаточно разрешения 200 PPI, а при большой дистанции обзора его можно даже ещё уменьшить (см. «Увеличение цифровых фотографий »). Многие настенные постеры предполагают, что вы не станете их разглядывать с 15 см, а потому их разрешение зачастую меньше 200 PPI.

Камера и соотношение сторон изображения

Вышеприведенный расчёт печатного размера подразумевает, что соотношение сторон, то есть соотношение длинной и короткой сторон кадра , составляет стандартные 3:2, используемые в камерах 35 мм. На самом деле, большинство компактных камер, мониторов и телеэкранов имеют соотношение сторон 4:3, а у большинства цифровых зеркальных камер оно равно 3:2. Существует множество других вариантов: некоторое плёночное оборудование высшего класса использует даже квадратный кадр 1:1, а в фильмах на DVD применяется расширенный кадр 16:9.

Это означает, что если вы используете камеру с кадром 4:3, но хотите получить отпечаток 10x15 см (3:2), заметная часть ваших мегапикселей будет потрачена впустую (11%). Нужно принимать это во внимание, если соотношение сторон кадра вашей камеры отличается от требуемых размеров отпечатка.

Пиксели как таковые могут иметь своё собственное соотношение сторон, хотя это менее распространено. В некоторых видеостандартах и ранних камерах Nikon существовали асимметричные пиксели.

Размер цифрового сенсора: не все пиксели одинаковы

Даже если у двух камер одинаковое число пикселей, это необязательно означает, что размеры их пикселей также совпадают. Основной фактор отличия более дорогих цифровых зеркальных камер от своих компактных собратьев в том, что у первых цифровой сенсор занимает заметно большую площадь. Это означает, что если компактная и зеркальная камеры имеют одинаковое число пикселей, размер пикселя в зеркальной камере будет намного больше.

Сенсор компактной камеры

Сенсор зеркальной камеры

Какая разница, какого размера пиксели? Пиксель большего размера имеет большую площадь светосборника, что означает, что светосигнал на равных промежутках времени будет сильнее.

Обычно это приводит к гораздо лучшему соотношению сигнал-шум (SNR), что обеспечивает более гладкое и детальное изображение. Более того, динамический диапазон изображений (градация света и тени между абсолютно чёрным и засветкой , которую камера способна передать) тоже нарастает с увеличением размера пикселя. Это происходит потому, что каждый пиксель способен накопить больше фотонов, прежде чем наполнится и станет полностью белым.

Диаграмма внизу иллюстрирует относительный размер нескольких стандартных размеров сенсоров на современном рынке. В большинстве цифровых зеркальных камер используется кроп-фактор 1.5 или 1.6 (по сравнению с плёнкой 35 мм), хотя у некоторых моделей высшего класса цифровой сенсор имеет ту же площадь, что и кадр 35 мм. Размеры сенсоров, указанные в дюймах, не отражают настоящего диагонального размера, но вместо того описывают приблизительный диаметр «изображаемого круга» (используемого не полностью). Тем не менее, это число входит в характеристики большинства компактных камер.

Почему бы просто не использовать сенсор максимально возможного размера? Прежде всего потому, что большие сенсоры стоят существенно дороже, так что они не всегда выгодны.

Значит ли всё вышесказанное, что втискивать побольше пикселей в ту же площадь сенсора плохо? Обычно это увеличивает шумы, но разглядеть их можно только при 100% увеличении на мониторе вашего компьютера. В отпечатке шум модели с большим числом мегапикселей будет намного менее заметен, даже если на экране снимок кажется более шумным (см. «Шум в изображении: частота и амплитуда »). Это преимущество обычно превосходит любой прирост шумов при переходе к модели с большим числом мегапикселей (с некоторыми исключениями).

Термин «пиксель», как и множество других слов на околокомпьютерную тематику, пришел к нам из английского языка. О том, что такое пиксель, дословно расскажет перевод этого слова на русский. Дословное значение - элемент изображения. Реже в русском языке употребляется слово «элиз», которое является синонимом пикселя.

Что такое пиксель. Определение

Вся компьютерная техника нашего времени формирует изображение на дисплее при помощи крохотных элементов. Такой наименьший элемент любой картинки, наблюдаемой на дисплее планшета или мониторе компьютера, и дает ответ на вопрос, что такое пиксель. Этот неделимый объект растровой графики может иметь круглые, прямоугольные или сотовые (восьмигранные) очертания. В структуре изображения пиксели расположены по строкам и столбцам, как значения в стандартной таблице.

Характеристики пикселей

Количество пикселей на мониторе вашего девайса напрямую влияет на качество и четкость изображения. Максимальное разрешение рисунка задано техническими характеристиками дисплея, и изменить его невозможно. При многократном увеличении изображения отчетливо видна структура картинки - крупные зерна «атомов» изображения. Каждое «зерно» характеризуется прозрачностью, цветом и яркостью. Пиксели цветных мониторов сложены из частиц, называемых триады. Триада состоит из субпикселей красного, синего и зеленого цвета.

Количество триад для одного пикселя может быть различным - в основном эта характеристика зависит от типа дисплея. Расстояние между двумя одинаковыми цветами называется шагом точки. Кроме триады, существуют еще два элемента информации, которые отвечают за расположение пикселя по горизонтали и вертикали. Все пять элементов дают понятие о том, что такое пиксель, и определяют правильный цвет и размещение этого «зернышка» на экране. Совокупность пикселей на мониторе образует один кадр. Если кадр увеличить в несколько раз, можно увидеть, что каждая часть изображения сложена их небольших цветных зернышек, то есть из пикселей.

Пиксели и типы мониторов

В жидкокристаллических мониторах при правильной установке программного обеспечения один пиксель имеет только одну триаду. Мониторы ЭЛТ не ограничивают количество триад - для одного пикселя число таких трехцветных составляющих может превышать десятки.

Неисправный пиксель

Теперь можно ответить на вопрос, что такое битый пиксель. Это «зернышко», цвет которого остается неизменным, вне зависимости от изображения на мониторе. Следует различать пиксели битые, зависшие и горячие.

Битый пиксель - это «зернышко», к которому не поступает питание. На экране он всегда отображается черным цветом.

Зависший пиксель не меняет цвет и постоянно светится красной, зеленой или синей точкой на любой картинке, которую показывает монитор. О том, что такое битый пиксель и чем он отличается от зависшего, лучше всего может сказать тот факт, что битый пиксель - это безвариантный брак. При большом количестве битых «зерен» устройство подлежит замене. Зависший пиксель можно попробовать восстановить, используя для этого специальные программы. Иногда для того чтобы зависший пиксель стал функционировать в нормальном режиме, требуется немного времени.

Горячий пиксель отображается на экране белым или насыщенно-розовым цветом. В нем нарушен процесс подачи электрического сигнала. «Вылечить» его можно теми же средствами, что и зависший пиксель.

Фотоаппарат

В цифровом современном фотоаппарате или кинокамере пиксели расположены на матрице. Именно она является преобразователем входящего светового потока в электронные импульсы. Процессор фотоаппарата обрабатывает электронные сигналы в цифровой код, который записывается на карту памяти. Ответ на вопрос, что такое пиксели в фотоаппарате, находится в структуре матрицы устройства. Количество пикселей на матрице влияет на качество изображения - чем их больше, тем детальнее получается картинка.

Однако здесь есть небольшое но..

Разрешение человеческого глаза около 2,5 мегапикселей. Самые современные телевизоры и мониторы имеют разрешение около 2 мегапикселей. Спрашивается, зачем тогда выпускаются фотоаппараты с матрицей в 16 или 14 мегапикселей?

С одной стороны - это маркетинговый ход. Простой покупатель уверен, что знает, что такое пиксель и убежден, что чем больше пикселей в фотоаппарате, тем лучше картинка. Размер матрицы у фотоаппарата с 2 мегапикселями и с 14 отличается не очень сильно. Спрашивается, как на площади стандартного размера разместить в семь раз больше пикселей? Только за счет уменьшения их размеров. Пикселей больше, но по своим размерам они значительно меньше стандартных. А значит светоотдача такого пикселя хуже, чем у стандартного. Поэтому сложные кадры со слабым или ночным освещением будут обрабатываться гораздо хуже, чем в матрицах с меньшим количеством пикселей. Поэтому присматривая новую фотокамеру, нелишним будет обратить внимание не только на количество пикселей, но и на размер матрицы.

Что такое пиксели на фотографии

С другой стороны, большее количество пикселей позволяет качественней обрабатывать фотографии. Структурность и четкость самого снимка напрямую зависит от того, сколько мельчайших частиц принимало участие в его создании. Профессиональные фотографы рекомендуют для повседневных снимков «золотую середину» - камеру с 6-8 мегапикселями и хорошую матрицу нужных размеров.

Пикселем называется наименьшая единица измерения двумерного цифрового изображения. Также пиксель является наименьшим элементом измерения матрицы дисплеев. Пиксель представляет собой неделимый объект прямоугольной или круглой формы. Если говорить о двумерном изображении, то пиксель является только количественной характеристикой, говорящей о размере изображения и его четкости. В матрицах дисплеев, пиксель является величиной, говорящей о ее размерах, а также о цветовой характеристике.

Вывод: пиксель – единица измерения, имеет определенный размер и цвет (в некоторых случаях).

Пиксельная характеристика двумерных ратовых изображений. Размер пикселя.

В компьютерной терминологии любое изображение принято измерять в пикселях. Кроме термина «пиксель» можно встретить сленговое определение «точка».

Например, это изображение имеет размеры 200?100 пикселей, или точек. Это значит, что каждый квадратный дюйм этого изображения состоит из 200 точек по горизонтали, и 100 точек по вертикали. Такая характеристика имеет свой термин – DPI (плотность пикселей). Одной из важнейших характеристик двумерного изображения является плотность пикселей, чем она выше, тем четче будет изображение. Данный пример демонстрирует 1-дюймовую картинку с разной плотностью пикселей, если провести косую линию толщиной в 1 дюйм, по точкам (пикселям) в левом изображении с (DPI 72), то мы увидим что-то вроде лесенки. Если же провести косую линию по правому изображению с (DPI 300), мы увидим более сглаженную линию, где лесенку не будет видно, за счет более мелких пикселей. Если данное изображение увеличить, будут видны крупные квадраты различного цвета, формирующие общую картинку, и в правом случае, изображение будет более четки, потому что имеет больший запас пикселей.

Теперь рассмотрим цветовую характеристику пикселя. Каждый пиксель может передавать только один цвет в единицу времени, это может быть цвет, яркость или вообще прозрачность. Если рассматривать пиксели матрицы дисплеев, то следует учитывать, что они обычно состоят из трех субпикселей, некоторые технологии используют четвертый субпиксель.

Пиксель (Pixel) – понятие, возникшее на поприще развития цифровой техники. Является оно сокращением из двух слов picture и cell и определяет минимальный элемент, из которого состоит растровое изображение. Данное понятие широко используется в технике и программировании.

Изображение на мониторе и в распечатанном виде представляется именно в виде отдельных точек – пикселей. Размер растрового изображения выражается в количестве пикселей, приходящихся на высоту и ширину изображения, например 1680х1050, и называется разрешением.

Пиксели на матрице монитора

Если присмотреться с близкого расстояния к матрице монитора, то можно увидеть мелкие разноцветные точки. Изображение формируется именно из них. Отдельный пиксель на мониторе формирует группа субпикселей трех основных цветов: красный, зеленый, синий. Аппаратная часть монитора получает от ПК информацию о цвете пикселя, яркости и интенсивности, на основании чего определяет, какими параметрами должны обладать и субпиксели. После этого на матрицу подаются управляющие сигналы, и в определенной точке уже виден нужный цвет. То же самое касается и плазменных телевизоров.

У с электронно-лучевой трубкой также картинка создается путем формирования пикселя на основе группы субпикселей трех основных цветов. Только в этом варианте в составе пикселя может быть не по одному, а по много субпикселей красного, зеленного и синего цветов.

Высокое качество ЖК-мониторов определяется тем, что для каждого выводимого пикселя выделяется отдельный пиксель на матрице монитора. Это устраняет неприятный для зрения эффект муара, различий в размере каждого пикселя.

Пиксели в цифровой фотографии

Любая фотография, сохраненная в цифровом виде, представляет собой матрицу, состоящую из пикселей и значений цвета, насыщенности и яркости для каждого из них. Если при просмотре фотографии попробовать ее увеличить на мониторе ПК как можно больше, можно увидеть эти пиксели, которые представляют собой квадратики с определенным цветом. Внутри квадратика никаких переходов цвета нет, и лишь при удалении, когда в поле зрения появляются тысячи соседних пикселей с отличными оттенками, глаз человека видит переходы цветов и различает объекты, которые были сфотографированы, не обращая внимания уже на каждый пиксель в отдельности.

Чем меньше по размеру пиксели, тем более качественным изображение, построенное из них, будет казаться человеку. Количество пикселей на квадратный дюйм является характеристикой качества фотографии, или смартфона.

Обработка растрового изображения подразумевает работу с отдельными пикселями или их группами. Изменяя их цвет и яркость, можно сформировать новый рисунок или отредактировать уже имеющийся.

Работа с компьютерами и многими другими современными гаджетами напрямую связана с устройствами отображения цифровой информации - мониторами и дисплеями. Кроме этого, широкое распространение получили приборы фиксации образов предметов окружающего мира с последующей оцифровкой изображений - фотоаппараты и сканеры. Сложно, обращаясь с подобной техникой, не услышать и не увидеть слово пиксель. Многие пользователи имеют поверхностное представление об этом понятии, однако знать, что такое пиксель, важно по той уже причине, что сохранить остроту зрения можно, правильно подобрав монитор и режим отображения информации на нём - одним из определяющих параметров в этом является количество пикселей на единицу длины.

Определение понятия
Минимальный физический элемент матрицы устройства формирования изображения называется пикселем (пикселом или точкой). Также этим понятием обозначают минимальный составной элемент растровой графики.

Точки в устройствах вывода
Для отображения цветных изображений используются сочетания точек с разным соотношением насыщенности красного, зелёного и синего цветов. Эти три цвета появляются в результате работы соответствующих субпикселей в матрице дисплея. Три разноцветных субпикселя в пикселе образуют триаду. ЖК-мониторы характеризуются отображением одной триады в одной точке. Чем меньше размеры пикселей, тем больше их расположено на единице длины, тем точнее можно передать детали изображений, разрешение таких мониторов выше.

Точки в изображениях
Минимальная структурная единица картинки заполнена цветом полностью, а не является результатом совокупного действия трёх субпикселей. Так же, как и в случае с дисплеями, относительно большое количество пикселов на единицу длины даёт лучшую детализацию графики, её разрешение выше.

Комфорт при просмотре
Глубокая детализация изображений обеспечивает человеку приятные ощущения при просмотре, поскольку отпадает необходимость напрягать зрение для выявления мельчайших элементов графики. Качественная прорисовка есть результат действия двух факторов: высокого разрешения монитора и картинки. Если разрешение того и другого совпадает, качество изображения наилучшее. При уменьшении масштаба картинки её детализация ухудшается по причине реструктуризации (не в лучшую сторону) элементов для вывода на экран. При увеличении масштаба может происходить дорисовка промежуточных пикселов - так называемая интерполяция, которая не может гарантировать точное воспроизводство деталей изображения.

Таким образом, знание того, что такое пиксель, какими свойствами он обладает и какую роль играет в построении изображения, даёт возможность создавать наиболее комфортную и безопасную для зрения графическую обстановку.